Gespeicherte Abwärme
Ausbau geothermischer Energiespeicherung in Grundwasserleitern.
Abwärme im Boden zwischenspeichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abrufen: So lautet das Ziel des Projekts GeoSpeicher.bw, das das Karlsruher Institut für Technologie KIT koordiniert. Ganz konkrete Projekte wie die Nutzung der Abwärme eines Schwimmbads, die Kälte- und Wärmeversorgung eines Klinikums oder auch für das Elefantenhaus der Wilhelma in Stuttgart stehen auf dem Plan. Das Umweltministerium Baden-Württembergs bewilligte rund 880.000 Euro, um an acht Standorten das Potenzial der geothermischen Wärmespeicherung wissenschaftlich zu bewerten.
Abb.: Die Stadt Bad Waldsee nutzt bereits Thermalwasser etwa zum Beheizen des Schwimmbads. Das Projekt GeoSpeicher.bw wird helfen die Nutzung zu optimieren. (Bild: Waldsee-Therme)
Das Speichern von sommerlicher Wärme oder der Abwärme von Industrieanlagen in unterirdischen, wasserführenden Schichten – in Aquiferen – ist beispielsweise in den Niederlanden weit verbreitet. An über 1.800 Standorten verwirklichte das Nachbarland bereits diese Technologie. In Deutschland gibt es bisher nur drei Standorte mit Ausbau. Prominentestes Beispiel ist das Reichstagsgebäude in Berlin, welches über mehrere Aquiferspeicher mit Wärme im Winter und Kälte im Sommer versorgt wird. Hamburg plant zurzeit einen enormen Aquiferwärmespeicher, der in Zukunft über 250.000 Haushalte und Gewerbebetriebe warm durch den Winter bringen soll. „In Baden-Württemberg gibt es bis zum heutigen Zeitpunkt keinen Aquiferspeicher, obwohl der Untergrund in zahlreichen Gebieten gut bis sehr gut zur Energiespeicherung geeignet ist“, stellt Philipp Blum vom Institut für Angewandte Geowissenschaften des KIT fest.
Aquiferspeicher sind wasserführende Schichten im Untergrund, in denen das Wasser nicht oder kaum fließt – die Wärme also nicht abtransportiert wird. Sie werden durch Bohrungen erschlossen, um mit der Abwärme von Industrieanlagen oder Solarwärme das Wasser im Untergrund aufzuheizen. Das umgebende Gestein wirkt dabei als Isolator. Die eingespeicherte Wärme kann dann über Wärmetauscher bei Bedarf, also zum Beispiel im Winter, wieder abgerufen werden.
Ein solches System ist für die anfallende überschüssige Wärme eines großen Schwimm- und Erlebnisbads in Hockenheim geplant. Die Kellerräume sind hier aufgrund des Wärmenetzes sowie der Abwärme technischer Anlagen ganzjährig auf über 30 Grad Celsius aufgeheizt. Diese überschüssige Wärme soll nun während der Sommermonate in einem Grundwasserleiter gespeichert werden, um dann im Winter wieder zur Verfügung zu stehen. Wissenschaftler des KIT begleiten das Vorhaben und entwickeln ein maßgeschneidertes und innovatives Monitoring- und Speicherkonzept.
Aber auch Abwasserkanäle oder Tunnelsysteme eignen sich als Wärme- oder Kältespeicher. „Die Tunnelgeothermie zur Heizung, Kühlung und Wärmespeicherung ist für das zukünftige Elefantenhaus der Wilhelma in Stuttgart geplant“, erläutert Blum, Koordinator des Forschungsvorhabens GeoSpeicher.bw. „Das neue Stadtmuseum Stuttgart wird zukünftig dank Abwasserwärme und -kälte energieeffizient aufgestellt sein“, führt Blum weiter aus. Im Rahmen von Promotionsarbeiten wird hierbei unter anderem die Einbindung von röhrenförmigen Erdwärmeabsorbern in ein Wärme-Smart-Grid untersucht oder auch die Systemintegration geothermischer Anlagen in ein bestehendes Gebäude- und Energiekonzept.
Insgesamt acht Geothermie-Projekte in Baden-Württemberg werden in den kommenden drei Jahren unter Federführung des KIT wissenschaftlich ausgewertet und begleitet. Die Themen erstrecken sich von innovativen Monitoring- und Speicherkonzepten, detaillierten Wärmetransport-Modellen, Untersuchungen zur Hydrogeochemie, weitreichenden System- und Optimierungsanalysen bis hin zu maßgeschneiderten Kommunikations-Strategien.
KIT / JOL
